§2 О центробежной природе космологических сил отталкивания

Вопрос о природе космологических сил отталкивания является одним из центральных в современной физике. В этом параграфе предложен новый метод описания этих сил, сформулировано наше понимание их природы.

2.1. Космологические уравнения а.А. Фридмана

В основе описания динамики Вселенной лежат уравнения Эйнштейна:

,

(2.1)

см., например, [1, 21, 22]. В (2.1) – тензор Риччи, R – его след, – тензор энергии-импульса космической среды, – символ Кронекера, G – гравитационная постоянная, а c – скорость света.

Изучается динамика однородной, изотропной Вселенной. Метрика ее однородного, изотропного пространства содержит лишь один скалярный параметр – . Он определяет кривизну пространства. Его обычно называют радиусом кривизны (см. гл. 14 [22]), часто также характерным масштабом.

Уравнения Эйнштейна для однородной, изотропной Вселенной могут быть преобразованы в космологические уравнения А.А.Фридмана определяющие взаимосвязь радиуса кривизны а и величин, описывающих термодинамические свойства космической среды (см., например, гл.2 [1], а так же Приложение 1 настоящей работы). Эти уравнения лежат в основе наших исследований природы космологических сил отталкивания. Впервые эти уравнения были получены и использованы для описания Вселенной А.А. Фридманом [23].

Если учитывать лишь влияние гравитационного космологического поля, то уравнения А.А.Фридмана могут быть записаны в виде (Приложение 1.):

,

(2.2)

,

(2.3)

где a – характерный масштаб Вселенной; k=0, 1 – величина, определяющая тип геометрии трехмерного пространства Вселенной;  и P – плотность энергии и давление космической среды, соответственно.

При получении уравнений (2.2), (2.3) среда предполагается идеальной и для тензора энергии-импульса используется выражение (см., например, §94 [22]):

,

(2.4)

где – четырехмерная скорость; - координаты четырехмерного пространства-времени.

Используя выражение (2.4) для тензора энергии-импульса, мы тем самым пренебрегаем всеми процессами диссипации энергии, приводящими к возрастанию энтропии. О законности такого пренебрежения см., например, §108 [22].

При записи уравнений (2.2), (2.3) используется сопутствующая система координат, относительно которой среда покоится, и поэтому компоненты четырехмерной скорости ; при этом отличными от нуля оказываются лишь следующие компоненты :

.

(2.5)

2.2. Космологическое гравитационное ускорение

Из уравнений (2.2), (2.3) легко получить формулу, определяющую космологическое ускорение, создаваемое гравитационным полем:

.

(2.6)

(см., например, гл. 2 [1]).

Из этой формулы видно, что в обычных средах для которых ε > 0, P >0 , вклад тепловой энергии в создание гравитационного космологического ускорения может быть существенным. Это имеет место в случае, когда давление соизмеримо с плотностью энергии космической среды. В обычных космических средах ε > 0,  0 и согласно формуле (2.6), эффект влияния тепловой энергии заключается не в ускорении, а в замедлении скорости расширения Вселенной.

Точка зрения, что тепловая энергия может только замедлять расширение

Однородной Вселенной, является общепринятой (см, например, гл.1.[1]). Предположение о возможности влияния тепловой энергии в направлении увеличения скорости разлета однородной космической среды может быть воспринято отрицательно. Все понимают, что в однородной среде нет градиентов давления, а следовательно нет и расталкивающих сил обусловленных тепловой энергией космической среды. Согласно стандартным уравнениям А.А. Фридмана (2.2), (2.3) тепловая энергия однородной, изотропной среды не только не может изменить знак гравитационного космологического ускорения, но и, более того, она может лишь усилить гравитацию.

В настоящей работе, показано, что кроме гравитационных сил в однородной, изотропной Вселенной существенную роль играют центробежные силы связанные с изменением тепловой энергии космической среды в кривом пространстве и их влияние приводит к увеличению скорости разлета космической среды.

Мы считаем, что центробежные силы, также как и эйнштейновские силы отталкивания, независимы от гравитационного поля и вовсе не являются поправками к этому полю. Методика введения как первых, так и вторых сил в уравнения ОТО может быть однотипной. Рассмотрим ее подробно.